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晶界三叉結（Triple Junctions, TJs）作為多晶材料中連接相鄰晶界的關鍵結構單元，在熱機械刺激下主導著整個晶界網絡的協同演化。TJs因其獨特的物理特性對多晶材料的動力學行為具有深遠影響。尤其在塑性變形、晶粒生長和再結晶過程中，TJs通過拓撲結構轉變協調晶界網絡的動態重組，其拖曳效應顯著制約相鄰晶界的遷移行為，從而在跨尺度微結構演化中扮演核心角色。盡管晶界動力學研究已較為成熟，但TJs的復雜幾何構型和原子尺度實驗技術的限制，使得對其動力學機制的理解遠未完善。

當前對TJ動力學的認知存在顯著空白。傳統研究多聚焦于對稱TJ在退火條件下的穩態遷移現象，而實際多晶材料中的TJ往往呈現非對稱或非共軸結構，其動力學行為涉及核心結構的顯著轉變，現有理論難以統一解釋。雖然基于位錯或失配位錯的模型被提出，但忽略了TJ過剩體積的動態變化對動力學過程的調控作用，導致無法全面描述TJ在塑性變形中如何協調晶界網絡演化。此外，TJ與相鄰晶界的缺陷交互機制及其對多晶材料塑性的影響尚不明確，缺乏原子尺度的直接實驗證據，這些知識缺口嚴重制約了通過TJ/晶界工程優化材料性能的潛力。

針對上述晶界三叉結（TJ）動力學的研究問題，浙江大學等研究團隊利用澤攸科技原位TEM開展了系統性研究，他們通過原位納米加工-納米力學測試技術，在Au和Pt多晶材料中直接觀測到TJ動力學的原子機制，并提出了基于失配位錯動力學的統一理論框架，相關成果以“Triple Junction Kinetics: Unified Atomic Mechanism and Coordinated Grain Boundary Network Evolution”為題發表在《SSRN》上。

本研究通過先進的原位納米加工-納米力學測試技術，結合TEM觀測，系統揭示了金和鉑多晶材料中TJ的動力學機制及其對晶界（GB）網絡協同演化的調控作用。實驗直接捕捉到TJ在應力驅動下的動態行為，發現其演化過程主要由相鄰晶界上的失配位錯活動主導。這些失配位錯通過保守或非保守的方式在TJ附近相互作用，進而觸發TJ的遷移、形態轉變或核心重構。研究明確了TJ動力學的兩種基本模式：保守模式要求失配位錯的Burgers矢量和臺階高度嚴格守恒；而非保守模式則因守恒條件失效導致TJ核心結構的顯著轉變，并伴隨過剩體積的重新分布。

圖 通過鄰近晶界的失配位錯動力學實現穩態TJ遷移

進一步研究發現，TJ的動力學行為強烈依賴于失配位錯在相鄰晶界間的傳輸效率。當失配位錯能夠跨晶界協調運動時，TJ表現為保守遷移；而當傳輸受阻時，失配位錯在TJ處堆積并誘發局部應變集中，進而激活非保守模式。例如，低Σ晶界（如Σ3）構成的TJ因失配位錯反應速率低而傾向于保守遷移，而非共軸晶界組成的TJ則因Burgers矢量方向不匹配（如[110]傾斜晶界與[001]/[110]混合晶界相交）頻繁發生自重構。這種重構行為通過周期性形成/塌縮的無序原子區釋放應變，顯著增強了TJ的變形兼容性。

圖 具有橫向位移的TJ遷移的一般形式

研究還建立了TJ動力學的統一框架，將晶界塑性、晶內塑性和TJ過剩體積的耦合作用納入理論模型。通過擴展Burgers矢量守恒條件（引入過剩體積函數f(V)），量化了不同模式間的轉變機制。例如，TJ過剩體積的擴張會降低失配位錯形核能壘，促進缺陷發射；而其收縮則可能引發晶界旋轉或晶粒形核。這一框架揭示了TJ在協調多晶材料塑性中的雙重角色：保守模式通過拖曳效應調控晶界網絡拓撲，而非保守模式則通過生成新晶界重塑網絡結構。

圖 失配位錯介導的TJ形貌轉變

最后研究探討了TJ動力學對多晶材料宏觀性能的啟示。保守與非保守模式的交替轉換（如Y-T形態轉變→自重構→新晶粒形核）顯著提升了晶界網絡的變形柔性和可持續塑性。例如，TJ自重構不僅緩解了局部應變集中，還為孿晶或再結晶提供了形核位點。這些發現為通過晶界/三叉結工程優化材料性能提供了原子尺度的理論依據，并為多尺度模擬中TJ本構關系的構建奠定了實驗基礎。

圖 失配位錯介導的TJ動力學非保守模式

澤攸科技作為中國本土的精密儀器公司，是原位電子顯微鏡表征解決方案的供應商，推出的PicoFemto系列的原位透射電子顯微鏡表征解決方案，陸續為國內外用戶的重磅研究成果提供了技術支持。下圖為該研究成果中用到的澤攸科技原位TEM產品：

FEI雙傾探針桿